PEG含量对多孔膜光学带隙及激光损伤特性的影响

采用溶胶凝胶技术结合旋涂法,在石英基底及Si基底上分别制备了孔隙率不同的TiO_(2)和SiO_(2)薄膜,并对两者的光学及激光损伤特性进行了研究。根据透射光谱曲线计算出薄膜的光学带隙,发现光学带隙随着孔隙率的增大而增大,TiO_(2)薄膜的光学带隙大小为3.75 eV~3.97 eV,SiO_(2)薄膜的光学带隙大小为3.52 eV~3.78 eV。椭偏测量结果表明,当聚乙二醇(polyethylene glycol,PEG)质量分数从0、0.8%、4.0%提高至8.0%时,在波长1064 nm处,TiO_(2)薄膜的孔隙率从11.5%、14.1%、30.9%增大至38.7%,折射率从2.0635、2.0165、1.7481降低至1.6409;SiO_(2)薄膜的孔隙率从4.04%、4.6%、5.7%提升至13.9%,折射率从1.4386、1.4358、1.4204降低至1.3879。除PEG质量分数为0.8%的TiO_(2)薄膜外,所有TiO_(2)和SiO_(2)薄膜样品的消光系数均优于10-3,说明薄膜的吸收较小。薄膜的激光损伤阈值(laser induced damage threshold,LIDT)受孔隙率的影响较大,孔隙率越大,TiO_(2)薄膜的激光损伤阈值越高,其值最高可达16.7 J/cm~2;而SiO_(2)薄膜的激光损伤阈值较未添加PEG的激光损伤阈值并未提高,当PEG质量分数从0.8%增加到8.0%时,SiO_(2)薄膜的激光损伤阈值提高了1.9 J/cm~2。总而言之,提高孔隙率有助于提高薄膜的抗激光损伤性能。

硫系玻璃基底减反射激光薄膜的设计及制备

目的随着红外技术的发展,硫系玻璃已作为红外光学元件得到一定使用,然而硫系玻璃在3~5μm波段的透射率不能满足使用要求,并且红外薄膜用于探测器中易遭受强激光的辐照而损伤。针对硫系玻璃(As_(40)Se_(60))基底镀制薄膜易脱落、透射率低,以及抗激光能力差等问题,设计并制备出在3~5μm波段具有良好透射率、在1064 nm处具有抗激光能力的薄膜。方法制备ZnSe、ZnS和YbF_(3)单层膜,测量其光学常数并进行膜系设计。优化设计出的红外多层薄膜结构为S|0.61H0.21L0.32M0.26L0.2M0.32L0.28M-0.17L0.35M0.28L0.13M0.61L|A,其中H代表ZnSe、M代表ZnS、L代表YbF_(3)、S代表硫系玻璃、A代表空气,数字为膜层的光学厚度,设计波长λ_(0)=4000 nm,薄膜的厚度为2055 nm,光谱性能为:在3~5μm波段双面镀膜时的平均透射率为95.67%,峰值透射率为99.11%,(1064±40)nm波段单面镀膜时的平均透射率为7.62%。在制备过程中,从膜基材料的热膨胀系数差异入手进行优化,工艺参数为:烘烤温度70℃,离子能量100 eV,离子束流20 mA,此参数下薄膜样品的残余应力为−30.0 MPa。结果所制备薄膜的附着性能符合要求,在3~5μm波段双面镀膜时平均透射率为95.38%,峰值透射率为99.07%,在(1064±40)nm范围内单面镀膜时的平均透射率为4.46%,在1064 nm处的激光损伤阈值为7.6 J/cm^(2)。结论在硫系玻璃基底制备薄膜时,从膜基材料的热膨胀系数差异入手,合理优化烘烤温度与离子参数,可以降低薄膜的残余应力,提高薄膜的附着性能。

自适应信息选择的变尺度相关滤波红外目标跟踪算法

针对红外目标跟踪中红外图像模糊、存在噪声、目标特征少的问题,提出了自适应信息选择的变尺度相关滤波红外目标跟踪算法。首先,在提取的灰度特征中重新提取了梯度信息,用于增强特征感受野大小,丰富目标特征信息;其次,稀疏滤波器系数,减少滤波器信息冗余,并将其结合至滤波器训练过程中,不同通道下的空间信息保留程度不同,有效提高滤波器表达能力;最后,在原有保留尺度更新的基础上,加入变尺度滤波器,构建边界框比例不同的尺度池,有效应对边界框比例变化的情况。在LSOTB-TIR数据集和PTB-TIR数据集上做了对比和消融实验以验证算法的有效性,结果表明该算法在LSOTB-TIR数据集上精确度和成功率分别达到71.3%和59.4%,在使用手工特征的算法中获得了更好的表现。

高损伤阈值激光薄膜的制备方法

近年来,随着大功率、高能量激光系统的不断发展,光学薄膜的抗激光能力成为制约激光系统高质量发展的瓶颈之一。基于不同的制备方法及工艺参数会对薄膜的损伤阈值产生重要的影响,就薄膜镀制前、镀制中以及镀制后三个方面对提高损伤阈值的方法进行综述,其中包括膜料优选、膜系设计、溶剂清洗、离子束清理、制备方法、离子束后处理、激光后处理等内容。

基于光电积分法的纺织物颜色测量系统设计

利用高精度颜色传感器AS73211采集颜色信息并实现光信号到数字信号的转换,测量数据通过STM32核心控制单元传输上位机进行数据处理及显示,同时可以通过上位机发送指令控制系统的工作状态。系统实现了对纺织物颜色测量的自动化控制,有效提高了颜色测量的效率。为检验系统测量的准确性,进行了测试实验,实验结果表明:系统对多种纺织物色卡测量的结果与标准值的之间的色差小于0.4,测量结果准确,可应用于传统纺织、印染领域的纺织物颜色测量。

1064 nm负滤光片的设计与制备

针对当前可见-近红外光电探测器的激光防护要求,研究了1064 nm负滤光片的设计和制备。基于等效折射率理论,综合考虑光谱和场强分布优化,设计了由SiO2/Y_(2)O_(3)/H4组合的规整膜系和SiO2/H4组合的非规整膜系负滤光片;采用离子束辅助热蒸发沉积方式对负滤光片进行了制备,并测试了其光学和抗激光损伤性能。结果表明:在膜系结构G|(0.5LH0.5L)s|A两侧匹配减反膜可以有效减小通带波纹,调整膜系最外层厚度可以同时改善膜系的光谱特性和电场强度分布。镀制的规整膜系负滤光片在400~900 nm和1200~2000 nm波段平均透过率分别为89.98%和93.21%,1064 nm透过率为1.29%,激光损伤阈值为6.0 J/cm^(2);非规整膜系负滤光片在650~900 nm和1200~2000 nm波段平均透过率分别为93.70%和94.99%,1064 nm透过率为1.60%,激光损伤阈值为6.8 J/cm^(2)。

非平衡磁控溅射类金刚石薄膜的特性

非平衡磁控溅射(UBMS)结合了普通磁控溅射(MS)和离子束辅助沉积的优势,易于实现离子镀,近年来得到了广泛的应用。采用该技术制备的类金刚石薄膜(DLC)具有许多独特的性质。本文研究了非平衡磁控溅射技术制备DLC薄膜的光学、机械,电学和化学性能。研究表明,非平衡磁控溅射制备的DLC膜具有较宽的光谱透明区,且表面光滑、摩擦系数小、耐磨损、抗化学腐蚀,同时具有较高的电阻率和良好的稳定性。

宽束冷阴极离子源离子能量及能量分布的研究

介绍了一种用于离子束辅助沉积光学薄膜的新型宽束冷阴极离子源，详细叙述了该源的结构和工作过程。采用五栅网离子能量测试装置研究了离子源的离子能量及能量分布。结果表明，探针接收的离子最低能量随着引出电压和真空度的升高而升高。离子能量分布概率密度函数为单峰函数，其峰值位置随着真空度的降低向低能量方向移动，随着引出电压的升高向高能量方向移动。当引出电压为200～1200V时，离子平均能量为600-1600eV，呈线性规律变化。这种离子源的离子平均初始动能约为430-480eV。了解和掌握离子源的这些特性和参数，可以有效的对镀膜过程的微观环境（离子密度、离子能量等）进行控制，促进薄膜制备工艺更好地进行。

磁控溅射膜厚均匀性与靶-基距关系的研究

从理论上分析了平面磁控溅射靶沉积薄膜的厚度均匀性。根据磁控溅射阴极靶刻蚀的实际测量数据 ,建立了靶的刻蚀速率方程 ,以此为依据 ,对膜厚均匀性的有关公式进行了讨论。采用计算机计算了基片处于不同靶 -基距时 ,膜厚均匀性的分布。研究结果表明 ,随着靶基距的增加 ,膜厚均匀性逐渐变好。在同样的靶基距下 ,沿靶长度方向的均匀性明显优于宽度方向。最后 ,通过实验证实了上述结论。

宽束冷阴极离子源的工作特性研究

介绍了一种用于离子束辅助沉积光学薄膜的改进的宽束冷阴极离子源,详细叙述了该源的工作原理和放电过程,并对离子源的工作特性进行了研究。结果表明,这种离子源可以在4.5×10-3Pa的高真空度下长期稳定工作,在4.5×10-3Pa^9.7×10-3Pa的真空度范围内,离子源的放电电压为400 V^1200 V。采用法拉第筒测试的离子束流密度约为0.5 mA/cm2~2.5 mA/cm2。五栅网测试的离子能量表明,当放电电压650 V时,离子能量为600 eV^1600 eV,其值大小随引出电压不同呈线性变化,离子平均初始动能约为480 eV。该离子源具有较大的离子束发散角,在±20°的范围内,可以得到相当均匀的离子密度,离子束发散角可以达到±40°以上。在本文述及的离子源中,我们设计了电子中和器,消除了离子源在真空室内的打火现象,中和器的电子发射能力取决于灯丝电流和负偏压大小,但负偏压的影响更为显著。了解和掌握离子源的这些工作特性和参数,可以方便对镀膜过程的微观环境(离子密度、离子能量等)进行控制。

不同技术制备DLC膜的激光损伤特性研究

随着高能量大功率激光器的发展和激光元件的广泛应用,用于红外窗口表面增透保护的类金刚石薄膜(DLC)的抗激光损伤特性成为评价薄膜质量优劣的一个重要指标。然而,不同的制备方法和技术沉积的DLC薄膜具有各异的微观结构,从而具有不同的抗激光损伤特性。本文采用脉冲真空电弧(PVAD)和非平衡磁控溅射(UBMS)技术沉积了DLC膜,对两种DLC膜抗激光损伤特性进行了研究,测试结果表明,两种技术沉积的DLC薄膜激光损伤阈值分别0.6 J/cm2和0.3 J/cm2,PVAD技术比UBMS技术沉积的DLC薄膜具有更高的抗激光损伤阈值。基于实验研究了薄膜光学常数和表面形态,分析了两种技术制备DLC膜激光损伤特性差异的主要原因。结果表明,采用UBMS技术沉积的DLC膜具有较小的折射率和较大的消光系数,薄膜表面存在较多的疵病和缺陷,这些是其激光损伤阈值较低的主要原因。

TiO_2/ZrO_2复合薄膜的制备及工艺参数对薄膜折射率的影响

采用电子束蒸发混合膜料的方法制备了TiO2/ZrO2复合薄膜,研究了工艺条件(气体流量、沉积速率、基片温度、组份比)对其光学特性的影响。采用椭偏法测量了薄膜的折射率,分析了不同配比复合薄膜的色散特性,得出工艺参数与薄膜光学性能的相互关系,实现了不同折射率的配比。研究结果表明,无论TiO2/ZrO2摩尔比为1:1,1:2还是2:1,其折射率均随沉积温度的升高而增大,但温度升高致使薄膜折射率变化的幅度不大;复合薄膜的折射率随真空度的降低而降低;随着束流从100到160mA增加,复合薄膜的折射率从2.1699到2.2439略微增加;当TiO2/ZrO2比例分别为1:2,1:1和2:1时,薄膜的折射率相应为2.0886,2.1436和2.2584(d光),表明采用工艺优化和蒸镀混合膜料的方法实现折射率的配比仍然是一种行之有效的方法。

类金刚石薄膜的激光损伤特性及工艺优化

采用脉冲真空电弧沉积(PVAD)技术制备了类金刚石(DLC)薄膜,并对其抗激光损伤特性进行了研究,优化了制备工艺。对DLC薄膜激光损伤阈值(LIDT)的测试结果表明,随着厚度的增加,薄膜的LIDT开始呈下降趋势,当厚度达到100nm以上时,则趋于一个稳定值。正交实验结果的处理和分析表明,在所给定的工艺参数范围内,主回路电压是影响DLC膜抗激光损伤性能的最主要因素,基片温度、清洗时间和脉冲频率则影响较小。为得到较好的抗激光损伤能力,采用PVAD技术制备DLC薄膜的最佳工艺参数为:清洗时间20min、基片温度150℃、脉冲频率5Hz、主回路电压150V。退火处理会使DLC薄膜的激光损伤阈值明显提高。

激光薄膜的设计与制备

目的研究激光薄膜的膜系结构及提高激光损伤阈值的制备工艺。方法基于场强优化分布，设计Si基底上3～5μm增透、1064nm截止的激光薄膜，对镀后的薄膜进行激光辐照处理和真空退火处理，分析薄膜的相关性能。结果薄膜内部不同的场强分布会对其激光损伤特性产生不同的影响。在满足光学性能的情况下．采用适当的膜系结构，使膜层／膜层界面处的电场强度降低，或者使最大电场强度存在于激光损伤阈值较高的材料中．可有效提高整个膜系的激光损伤阈值。采用激光辐照处理和真空退火处理，也可以提高薄膜的激光损伤阈值。结论经过优化设计、激光辐照和真空退火处理，最终可使Si基底上红外减反薄膜的激光损伤阈值提高到6．2J／cm^2。

光学薄膜激光损伤阈值测量不确定度

光学薄膜的激光损伤阈值是评价其激光耐受性能好坏的一个重要指标。对薄膜激光损伤阈值的准确评价和测定,是判断其激光耐受性能和进行相互比对的基础。通过对激光损伤阈值测试系统误差的溯源分析和计算机模拟,给出了优化测试系统的方向。研究结果表明:在激光光斑确定的情况下,激光能量越高,能量密度的误差越大。因此在满足需要的情况下,应该尽可能选取较低的激光能量。在激光能量确定的情况下,存在一个临界光斑,当小于临界光斑时,能量密度误差变化非常剧烈,光斑越小,能量密度误差越大。测试系统的激光光斑大于临界光斑时系统的误差较小,小于临界光斑时系统的误差急剧变大。因此,在激光损伤阈值测试系统中,应该优选临界光斑或者大于临界光斑。激光损伤阈值拟合产生的最大误差为最大能级的激光能量误差,因此要尽可能降低激光器的脉冲能量。由此可见,设计合理的系统参数,可以最大程度降低测量结果的不确定度。

磁控溅射离子束流密度的研究

磁控溅射镀膜技术由于具有显著的优点而得到了广泛的应用。磁控溅射离子束流密度的大小及分布状况 ,直接决定着薄膜质量的优劣。本文通过对比研究了普通磁控溅射 (MS)和非平衡磁控溅射 (UBMS)两种工作模式下 ,氩气流量、负偏压等工艺参数对离子束流密度大小的影响 ,测试了基片架附近的离子密度 ,分析讨论了测试结果。

多层薄膜光学常数的椭偏法研究

研究了椭偏测量中多层薄膜拟和模型建立的过程,并对一未知多层光学薄膜进行了椭偏分析,建立了substrate/film1/EMA/film2/srough的物理结构模型。采用椭偏法,在首先确定出基底光学常数的基础上,提出了从单层、双层、三层逐次建模拟和的分析方法。研究结果表明:对于透明或弱吸收光学薄膜,采用柯西公式可以较好表征材料的色散关系。椭偏分析最终得到的未知薄膜基本结构为G(1.52)/2.0312(203.0nm)1.4636(170.1nm)2.0791(170.4nm)/A,膜系设计及分光光度计测量的透射光谱证实了这一结果。对多层膜厚度和光学常数的分析表明,椭偏法仍然是一种行之有效的薄膜光学常数测量方法。

退火对无氢钛掺杂类金刚石(Ti-DLC)膜结构及性能的影响

利用非平衡磁控溅射复合靶技术制备了一系列掺钛的无氢类金刚石(Ti-DLC)薄膜,并对薄膜的热稳定性能、机械性能、应力分布以及表面形貌进行了研究。实验结果表明:退火处理对Ti-DLC膜的性能具有重要影响。随着热处理温度的升高,成膜晶粒逐渐细化,电阻率上升但至一定值后趋于稳定。退火温度的升高,会促使薄膜应力逐渐减小,硬度变低,但其耐火温度可以达到600℃以上而不发生石墨化,这一结果为DLC膜在高温环境下的应用提供了一定思路。

钛酸镧薄膜在1064nm/532nm波长激光辐照下的光学特性

采用热蒸发沉积技术制备了钛酸镧(H4)薄膜,研究了1 064nm和532nm波长激光诱导辐照处理后的薄膜折射率、消光系数、激光损伤阈值和损伤过程变迁.结果表明:采用不同波长的激光辐照H4薄膜后,会使其折射率升高,但升高的幅度不大.用1 064nm的激光辐照处理,可将H4膜的激光损伤阈值从10.2J/cm^2提高到15.7J/cm^2(5脉冲辐照),而532nm激光辐照对样品损伤阈值的提高效果不明显.同一样片,1 064nm激光的损伤阈值远远高于532nm的激光损伤阈值.1064nm激光辐照下,H4薄膜经历了轻微损伤、轻度损伤、重度损伤和极度损伤四个缓慢演变的阶段.而532nm激光辐照下,H4薄膜从未损伤到损伤是一个突变的过程,经历了重度损伤和极度损伤的演变阶段.

非平衡磁控溅射无氢DLC增透膜的研制

非平衡磁控溅射(U BM S)技术近年来得到了广泛地应用。采用该技术制备的类金刚石薄膜(DLC)具有许多独特的性质。本文利用正交实验方法,对非平衡磁控溅射技术制备无氢DLC膜增透膜进行了研究,得到了影响薄膜光学性能的主要因素和最佳的制备工艺。结果表明,非平衡磁控溅射制备的无氢DLC膜具有较宽的光谱透明区,锗基底单面沉积DLC膜,其峰值透射率达到61.4%,接近理论值。